Carbonização

Transcrição

Carbonização

Produccion y aprovechamiento de
Biomassas Energeticas
********
Fundamentos e Pratica da Carbonização da
Biomassa
********
Hosteria el Troje, Riobamba – Ecuador
08 – 12 de septiembre 2008
Dr Patrick Rousset
Coordenador do projeto Bepinet
Centro
de cooperación internacional
de investigación agronómica
para el desarrollo
Estatuto de institución pública
El Cirad es una institución pública de carácter
industrial y comercial (Epic), bajo la tutela
del Ministerio de Enseñanza Superior
e Investigación y del Ministerio de Asuntos
Extranjeros y Europeos.
Una misión
La investigación está proyectada para contribuir
al desarrollo y a la lucha contra la pobreza.
Investigación enfocada a los objetivos del milenio
para el desarrollo.
Investigación cuyos métodos y conocimientos
se construyen en colaboración con los actores de
los países en desarrollo.
Seis ejes prioritarios
de investigación
• Intensificación ecológica
• Biomasa-energía
• Alimentación
• Salud animal, enfermedades emergentes
• Políticas públicas
• Espacios rurales
Recursos humanos
Plantilla de
1 800 personas,
entre ellas 850 científicos
1 200 empleados en la metrópoli
600 empleados fuera de la metrópoli
(400 en las zonas francesas de ultramar,
200 en el extranjero)
Presupuesto
de 203 millones de euros
Recursos
contractuales :
37 %
Subsidios
para gastos de
servicio público
(SCSP) :
63 %
En
cofinanciamiento
Recursos propios
5%
Otros
23 %
9%
63 %
SCSP
Una cooperación internacional
fundada en una red internacional
Investigadores en unos cincuenta países
de África, América Latina, Asia y Pacífico.
Actividades de cooperación
con más de 90 países.
Direcciones regionales
en África, en el Océano Índico, en Asia
y en América del Sur.
El Cirad
en el mundo
3 departamentos de investigación
Sistemas biológicos (BIOS)
Lo viviente, su caracterización, su aprovechamiento:
diversidad, biología y funcionamiento de los organismos,
relaciones entre organismos y su medio ambiente
Eficienca de los sistemas tropicales de
producción y de transformación (PERSYST)
Los procesos biológicos en interacción con el medio
ambiente y las intervenciones técnicas
Medio ambiente y sociedades (ES)
Las relaciones entre agricultura, administración de recursos
naturales y dinámicas sociales, vinculadas con las políticas
públicas
de investigación
Intensificación ecológica
Inventar nuevas formas de agricultura que optimicen
el rendimiento y preserven la biodiversidad
Biomasa-energía
Estudiar las nuevas fuentes de energía
y analizar las condiciones de su emergencia
en favor de las poblaciones del Sur
Alimentación
Innovar para producir alimentos accesibles,
seguros y diversificados
de investigación
Riesgos sanitarios, enfermedades emergentes
Prevenir los riesgos sanitarios infecciones relacionados
con animales silvestres y domésticos
Políticas públicas
Colaborar con las políticas públicas encaminadas
a reducir las desigualdades y a luchar contra la pobreza
Espacios rurales
Comprender mejor las relaciones entre agricultura,
medio ambiente, naturaleza y sociedad para un manejo
sustentable de los espacios tropicales
Formaciones e intercambios
científicos
800 investigadores y técnicos formados cada año
en cursos o formaciones sancionadas por diplomas
150 módulos de formación profesional
Sesiones de formación a distancia
por medio de e-learning
Cursos impartidos en las universidades y escuelas
del Sur
Unidade de pesquisa Biomasse-Energie
UPR42
Unidade de pesquisa Biomasse-Energie-UPR42
Objetivos:
• Melhoramento e desenvolvimento dos
processos energéticos mais eficientes
(energia/meio ambiente)
Avaliação de recursos energéticas
O laboratório hoje:
• experiência forte no terreno
(mais de 30 anos )
• processos de pirólise
artesanal e industrial
• África, Ásia e Europa.
Reator de combustão
Reator de Pirólise
vibrante e fluidizado
Gaseificação
separada
Gaseificador piloto
Reator de
Pirólise sob pressão
Reator de
craqueamento
térmico
Laboratórios de análises
quìmicas e fìsicas
Fundamentos e pratica da carbonizaçao
da biomassa
Biomassa –conversões térmicas
As conversões térmicas abrangem
tecnologias que utilizam temperaturas
elevadas transformando biomassa em:
• Calor ( energia térmica)
• Gás combustível
• Carvão vegetal
• Produtos químicos
Queima direta : consiste em obter energia través do
processo de combustão da madeira ( lenha)
Carbonização : consiste em transformar a madeira em
carvão vegetal
Gaseificação : consiste na transformação da madeira em
combustível gasoso
Hidrólise : Consiste no ataque de uma solução ácida sobre
os componentes celulósicos da madeira, para produzir etanol
Termoquímica
Bioquímica
MATEIRA VEGETAL
Fermentação
metanico
Fermentação
alcoólico
Extração
de óleo
Metano
Etanol
CH4
C2H5OH
Óleos
vegetais
Combustão
direito
Pirolise
Carvão
óleo
Energia
CO2 + H2O
Gaseificação
Gaze
combustível
Biomassa –conversões termoquímicas
Carbonização
Energia domestica no PED
Siderurgia
Churrasco
R&D para usar os óleos e carburante
Gaseificação
Eletrificação rural descentralizada de pequena potencia
(20 à 200 kW)
R&D : para maior potencia
Combustão
Rede de calor urbano
Energia domestica
Processamento de secagem da madeira e outro
Cogeneraçaõ calor + eletricidade
Comparação deles rendimentos para as
diferentes métodos termoquímicas
1 tonelada de madeira seca (18 400 MJ)
Combustão
Rendimento
calor
80%
Vapor/alternador
Carbonização
Gaseificação
Combustão
Combustão
44%
63%
Gaseificação +
motor+alternador
Rendimento
eletricidade
12%
12%
motor+
alternador
20%
A Pirólise
gaze
Sólido : carvão
Ativação
Carvão de madeira
Carvão ative
PED
Combustão
Calor
Liquide : óleos
Extração
Produtos químicos
Refinarem
Carburante
Eletricidade
Calor
Depolução das águas/fumaças
Material catalítica
Transporte
A Pirólise converti a madeira em três
frações função do processo
1. Fração gasosa composta de principalmente / H2,
CO, CO2, e de hidrocarbonetos leves não
condensáveis (CH2, C2H2, C2H6)
2. Fração condensável complexa repartida numa
sub-fração aquosa (álcoois e ácidos), e numa
sub-fração orgânica insolúvel em água (alcatrão)
3. Fração residual sólida caracterizada por
apresentar relações atômicas H/C e O/C
inferiores aquelas da madeira de origem:
O e H,
C
Classificação dos produtos da Pirólise em
função de H/C =f (O/C)
Decomposição global da madeira
(fonte; guia técnica da carbonização1985)
Comportamento da madeira e aquecimento
Dois tipos de Pirólise
1 – Pirólise lenta :
geralmente associada a
granulometria forte.
Finalidade e solido
2 – Pirólise Rápido ;
granulometria fines,
produção de liquido
Tipo de reação
Temperatura °C
Lenta
Flash
500
600
32
21
26
21
10
66
10
14
61,9
6,0
29,5
10,3
0,47
54,7
6,4
38,9
8,5
0,71
Rdt seco :%
Gás
Liquido (fora de água)
Água
Carvão
Analisas elementares:%
C
H
O
Racio C/H
Racio O/C
O que se passa na composição química durante
a carbonização lenta?
Madeira
Carvão Vegetal
Durante o processo ocorre a concentração de carbono graças a
eliminação da maior parte do hidrogênio e oxigênio da madeira
Composição química elementar do carvão vegetal em
função da temperatura de carbonização
Fonte : Wenzel citado por Brito (1981)
Fases da carbonização
Fases da Pirólise da madeira
Curva termogravimétrica - Pirólise da Madeira
Balança global da conversão
MADEIRA
CARBONIZAÇÃO
GASES
70%
CARVÃO
30%
CONDENSAÇÃO
LICOR
PIROLENHOSO
45%
ÁCIDO
PIROLENHOSO
35%
GÁS NÃO
CONDENSÁVEL
25%
ALCATRÃO
INSOLÚVEL
10%
Balança global da conversão laboratorial para uma
tonelada da madeira (h=20%)
Carvao
Acido Acetico:60kg
310 kg
Metanol:25 kg
Diverso aromaticos:35 kg
Derivados fenolicos:30 kg
Agua
280 kg
Aldidos e derivados:10 kg
Piche:60 kg
Condensaveis
220 kg
CO2:100 kg
Gaz
190 kg
CO:70 kg
H2 e hidrocarbonetos:20 kg
Principais produtos resltatntes a T = 500°C (Schwob Y., Enerscop 1983 )
Os sob-produtos líquidos e gases representam cerca de 70% da massa
inicial da madeira.
Composiçao do carvao
Propriedades
Teor de umidade
Teor de cinza
0–8%
0 – 30 %
Teor de mateira volatile (MV)
10 – 30 %
Teor de carbono fixo (CF)
60 – 90 %
Poder calorifico inferiore (PCI)
27 – 32 MJ/kg
Modelização da pirolise
Cinética da carbonização
As grandes indagações que frequentemente ocorrem
são :
Como é que se processa a carbonização ?
Quais são as etapas do processo?
Como se da a transferência de calor?
Como o carvão é formado
Os modelos de Pirólise foram desenvolvidos para
explicar as diversas formas de transferência de calor
que ocorre durante a carbonização
Histórico da modelização
• BANFORD (1946) : primero modelo da combustão da
madeira. Ao origem de outros modelos que vão seguir
• TINNEY (1965) : medição da pressão
• KUNG (1972) : noção de variabilidade das
propriedades termicas (calor especifica e
conductividade termica)
• KANSA et al. (1977) : intodusirem o gradiente de
pressão (a leia de Darcy)
•CHAN (1985), GLAISTER (1987), ALVES (1989) :
levar em conta a umidade da maneira simplista no
modelo
• DI BLASI (1996), GRONLI (2000), BRYDEN (2002):
modelos complexos
Esquema dos processus involvidos na pirolise da
madeira
convection et rayonnement
Convecção
e radiação
Zone de
Zona
Zone de
de
sechage
séchage
secagem
X>Xpsf
eaulivre
libre
Àgua
eau
libre
conduction
liee
Àgua
eaueauligada
liée
liquide
Liquido
X<Xpsf
Condução
Zone de
Zona
Zone
de
sorption
sorption
sorção
Vapore
vapeur
Zonede
de
pyrolyse
Zona
Zone
dePirólise
pyrolyse
volatiles
Bordo
da peça
Surface
bois
O modelo de Kanury e Blackshear (1970)
• Elé descreve as etapas do processo e a
maneira como a carbonização ocorre.
• Da uma ideia qualitativa dos fenomenos que
occorem durante a trasformação da madeira.
O modelo de Holmes (1977)
• Determinação da velocidade de formação da
camada de carvão, desenvolvendo um modelço
semelhante ao de Kanury
Hoje, modelos mais complexos (2005) :
• 2 aproximações possíveis : simple o global
O modelo de Kanury e Blackshear (1970)
Período I : 0<t<t1
Madeira secando
Período II: t1<t:<t2
I + pirolizando (frente de
Pirólise)
Período III: t2<t:<t3
I+II+frente de carvão
Período IV: t3<t:<t4
I+II+III+ camada carvão
Período V: t4<t:<t5
O modelo de Holmes (1977)
A experiência :
aquecimento de
um pedaço de
madeira de 3”
de espessura.
Após algum tempo,
o corpo de prova
apresenta o
aspecto siguente
onde pode ser
vistas as diversas
fases do processo
de carbonização.
Modelo simplificado da Pirólise da biomassa
A prima aproximação : predição do comportamento
global da madeira a partir da evolução deles principais
constituintes: Koufopanos (1989)
Madeira = % celulose + % lignina + % hémiceluloses
Modelo simplificado da Pirólise da biomassa
A segunda aproximação : predição global dos produtos
da Pirólise “lumped parameter approach”
Calor
K1
BIOMASSA
E1 < E2 < E3
K2
K3
Carvão + CO2 + H2O
Liquide
K4
Gás (CO + H2 + CH4)
Gás (CO + H2 + CH4)
• A reação 1 domina a baixa temperatura e vai dar o carvão;
• As reações 2 e 3 representam a Pirólise flash e pirogazeificação onde liquide e gás dominam
• A reação 4 representa a reação em fase vapor dos produtos
de 2.
Analise termogravimetrica da madeira e seus
componentes
Hemicelulose : 225°C – 325°C
Celulose : Delta
50°C
Pirólise deles princípios constituintes da
madeira
Primera tentativa de elaboraçao da equaçao que representa
os fenomenos que ocurrem com a carbonizaçao a 400°C
2C42 H66 O28 (Madeira)
3C16 H10 O2 + 28H2O + 5CO2 + 3CO + C28H46O9
Carvão
Mistura de acido
pirolenhoso,
alcatrão e gases
Concentraçao en C e expulçao de O
Pirólise deles princípios constituintes da
madeira
T = 300°C:
Celulose
Hemicelulose
Carvao : 34.2 %
Alcatrao : 19.1 %
T = 300°C:
Carvao : 31.1 %
Alcatrao : 15.7 %
Liquido : 30.6
T = 450 550°C:
Lignina
Carvao : 55 %
Alcatrao : 20 %
Liquido :30.6%
Gases : 12%
Os parâmetros que influência a
carbonização
Os parâmetros que influência a carbonização
1. A matéria prima (composição,
características físicas, dimensão)
2. A umidade da madeira
3. A temperatura final da reação
4. A velocidade de aquecimento
5. A pressão
1 - A matéria prima
A composição :
- Sua influência sobre os produtos da pírolise será
função de sua composição química : proporção da
lignina, celulose e hemicelulose .
- Papel catalítico de alguns minerais
As características físicas :
A massa voluma (tabela adiante) e a granulométrica
são muito importante.
A granulometria : regula a transferencia de calor no
forno
1 - A composição da matéria prima
Correlação entre rendimento em carvão e teor de
lignina da madeira
2 - Influencia da umidade
Rendimento em %
rendimento gravimétrico de carvão vegetal (tipo Magnein)
Umidade em %
- Limitação dela transferência de calor
- Aumenta o tempo da carbonização
2 - Influencia da umidade
% de carbone fixe en fonction de l'humidité du bois
Carbono
fixoenem
Carbone fixe
(%) %
83
82.5
82
81.5
81
80.5
80
79.5
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Humidité du bois(%)
Umidade da madeira (%)
(Fonte:Rousset,P 1994).
3 - Influencia da temperatura
Parâmetro o mais determinante no processo da Pirólise. Ele vai
orientar a taxa de conversão dela matéria prima em sólido, gás
e liquido e a qualidade dos produtos em associação com a
velocidade;
Evolução dos produtos da Pirólise da madeira (carvão, alcatrão e gás) em função da temperatura
(SCHWOB, Y., 1977).
3 - Influencia da temperatura
Teor de carbono fixo (%)
120
100
80
60
40
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Temperatura de carbonizaçao (°C)
Teor de carbono em função da temperatura de carbonização
4 - Influencia da velocidade de aquecimento
Com a temperatura, esse parâmetro governo a
qualidade e a quantidade dos produtos da Pirólise.
Quanto e mais lenta for conduzida a carbonização, maior
será o rendimento em carvão (Fonte Cetec)
5 - Influencia da pressão
Pesquisas mostram que a aumento dos rendimentos em carvão
estão ligados a aumento da pressão [Mock et al (1983),
Richard et Antal (1994), Numazawa et al (1998), Girard et al
(1999)].
Hoje a pesquisa (Cirad) tenta de definir o papel das reações
secundas.
Pirólise lenta
carbonização
(1 bar)
Pirólise sob
pressão
(> 4 bars)
Pirólise sob
vazia
(0,5 bar)
Liquide (%)
30 – 35
25 - 30
60 - 65
Gaz (%)
25 – 30
20 - 25
15 - 20
Solide (%)
20 – 35
30- 45
15 - 20
Produtos
Pirólise
da
Rendimento em gás não-condensavel em função da
temperatura
Fonte : Cetec, carbonização realizada em retorta elétrica;
Rendimento em liquido em função da temperatura
Fonte : Cetec, carbonização realizada em retorta elétrica;
Impacto da carbonização sobre o efeito estufa
Carbonização
mal dominada
Carbonização
dominada
1 000
1 000
50
50
Massa de carbono da madeira (kg)
500
500
Rendimento carbonização (%)
12
30
Massa de carvão (kg)
120
300
90
90
Massa de carvão (kg)
108
270
Emissões (kg)
392
230
Emissões especificas(kg C/ t de carvão)
3 267
767
Coeficiente de emissão (kg C/ t de
madeira)
392
230
-
2 500
Massa de madeira seca (kg)
Teor de carbono fixo (%)
Teor de carbono fixo do carvão (%)
Emissões evitadas (kg C/ t de carvão)
Equivalente CO2
evitada/t carvão)
mínimo
(t
CO2
9.16
Parâmetros de avaliação
• Friabilidade
• Granulométria
•Densidade
•Teor de Materiais mineras
•Teor de materiais voláteis
•Teor de carbono fixo
•Teor de umidade
•Poder calorífico
•Eficácia de combustão
•Outros
Tecnologias eficientes de carbonizaçao
da biomassa
CV produção processo
Raw 1
biomass
Drying
2
Residence time
and Yield
Exhaust gas
treatment
Char quality
7
Energy
recovery,
environment
Size
reduction
Charcoal
process
3
Technology
dependent affect
productivity
4
6
Collect
charcoal
5
Heating rate,
Residence time
Pressure,
8
Batch or
continuous,
cooling
CV melhoramento da produção do CV
1
Tipo e pre tratamento
da biomassa
Propriedade do CV, pode reduzir o rendimento,
oportunidade para baixa custo da biomassa
2
Secagem
20 ate 30% do custo do CV
3
Abastecimento
E melhor de reduzir de 5 ate 30 cm, eceito tecnolgias
tradicionais
4
Configuração do reator
Grande variedade: escala e custo importante
Pressão e taxa de aquecimento sao importante para
um bom rendimento
6
Condição de
funcionamento do
reator
Calor no reator
7
Valorização dos gases
Secagem e produção de eletricidade
8
Recuperação do CV
Minimizar o tempo de resfriamento
5
Endotérmico. Parâmetro importante porem quase
combustão parcial esta usada
Carvão vegetal: tecnologias
Carbonização:
• Aquecimento – interno
ou externo e
recirculação de gás;
• Mobilidade – fixo ou
portátil;
• Continuidade – contínuo
ou por carga.
Tipo de aquecimento para carbonizar
Gas de
pirolise
I-Combustão parcial (95%)
• tecnologias artesanais
• tecnologias industriais
Ar
Gas de
pirolise
II - Aquecimento externo
III- Contato de gas quente
Gas de
pirolise
Gas de
combustão
I - Combustão parcial: generalidades
• Processo mais antigo
• Maioria dos processos artesanais e semiindustriais
• Vários tipos de fornos classificados em função do
modo de tiragem e das características de
fabricação :
» Valas (pouca evolução)
» Medas (pouca evolução)
» Fornos metálicos
- Tiragem direto : Uma parte das calorias saõ
eliminadas sem valorização.
- Tiragem invertido : As fumas circulam na carga =
auto-regulação
Tiragem direto
Tiragem invertido
fumas
fumas
ar
ar
ar
Princípio :
Calor necessário à transformação da lenha em carvão é
obtido pela queima de parte da lenha colocada no forno
1-vaporização da
água
2-radiação
3- calor da
carbonização
4-gás+alcatrão
5-carvão
Balanço energético de uma combustão parcial
As tecnologias artesanais: Forno de vala
Princípio : Buraco no chão enchido com madeira e
coberto com terra (clássica) ou tampa metálica
(melhorada).
Características:
• Tecnologia barata, adaptável a uma produção
temporária. Diâmetro > 50 cm, limitada pelo volume da
vala
• Duração importante, condução difícil, rendimento
aleatório, uso durante a temporada seca
- A vala clássica
Saída
das
fumas
Terra
Entrada
do ar
Esquema longitudinal de uma vala clássica(fonte guia da
carbonização,1985)
A vala melhorada
Esquema transversal de uma vala
melhorada(fonte guia da carbonização,1985)
Chaminé
Cobertura metálica
Pedra para obturar
Tubo de aeração
Carga de
madeira
Ignição do fogo em
baixo
As tecnologias artesanais : Forno de vala
A vala melhorada
Esquema de uma vala melhorada longitudinal
Cobertura metálica
Ignição em cima
Parede
de pedras
Carga
Madeira
Espaço para a
circulação do ar
I - Combustão parcial : A meda
Principio : um monte de madeira construído a volta
de um mastro central com uma cobertura de
folhagem e de terra
Características;
- muita usada nos paises em desenvolvimento = varias
de tipo de medas
- Tecnologia barata, adaptável a uma produção
temporária. Diâmetro > 50 cm
- Duração importante, condução difícil, rendimento
aleatório, sem chuva
As tecnologias artesanais: a meda
A meda vertical tradicional:
• basal circular, mastro central o chaminé
• volumo : 8 st a 100 st
• Duração : 55h até varias semanas
•Testos ( Haberman et Briane) com madeira de
umidade 27,55
• Rendimento gravimétrico 22,7%
•Teor de carbono fixo : 76%
A meda vertical tradicional
mastro
Terra
Cobertura
folhagem
Lenh
a
seca
igniçã
o
Antes a
carbonização
Depois a
carbonização
chaminé
Terra
Cobertura
folhagem
Ar
O frente de carbonização (fonte Cirad)
Montagem e
combustão da meda
As tecnologias artesanais : a meda
A meda vertical melhorada ou “Casamançaise”:
•
•
•
•
•
•
Base circular
Presença de uma chaminé com cilindros
metálicos(200l)
Tiragem invertida
Recuperação do alcatrão
Volume : 12 até 100 st
Duração : uma semana (3d. Carbonização, 4d.
resfriamento)
Fundo
Ignição, fechado depois
20 mn
Fumaças
Terra o
aranha
Chaminé
Cilindros
metálicos
Alcatrão depois a
condensação
Abertura para entrada
do ar
Esquema transversal de uma meda melhorada(fonte guia da
carbonização,1985)
Construção de uma meda melhorada (fonte Cirad)
A meda horizontal:
Base retangular
Presença de uma chaminé com cilindros
metálicos(200l)
• Recuperação do alcatrão impossível
• Volume : 20 até 100 m3
• Duração : 1 até 3 semanas (3-9d carbonização, 5-12d
resfriamento)
•
•
Esquema de uma meda horizontal
Meda horizontal em construção na áfrica (fonte Cirad)
I - Combustão parcial : Forno de alvenaria
Todo o carvão consumido no Brasil é produzido por
estes tipo de fornos.
• Forno Rabo Quente
• Forno tipo Missouri (USA)
• Fornos melhorados (aço e tijolos)
Cikel, fonte
embrapa
Forno Rabo Quente:
Mais difundidos:
• Simplicidade de construção
• Baixa custo : R$ 1.850,00 (fonte Plantar)
• Abordável para os pequenos produtores
• vida útil : 2 anos
O local deve :
• ser plano
• ter boas condições para o escoamento de água de
chuva
•Ser de fácil acesso ao tipo de transporte
• ter água disponível
Forno Rabo Quente:
• Material: Tijolos ceramicos de
tamanho 20 * 10 * 8cm
• 1 porta, 1 chaminé, aberturas na
copa
• Diâmetro: 3m; Altura das paredes
até a copa : 1,6 m; Altura da flecha
da copa : 0,8m
• Tiragem direto
• Rendimento 0,8m3de carvão/m3 de
madeira
• Carvão de boa qualidade – uso na
siderugia
Forno Rabo Quente
Rabo Quente na cerrada, interior RN (fonte
W.Quirino)
Rabo Quente próximo de uma cerraria
no Brasil (fonte cirad)
Bateria de Rabo Quente melhoardos (JG)
Plantar, MG (fonte P Rousset)
Forno de Encosta – Interior MG (fonte
W.Quirino-LPF)
Forno de alvenaria e estrutura metálica:
• Fornos retangular com capacidade 130 - 180 m3
• Rendimento : 1,15 m3 de madeira / 1 m3 de carvão
• Quantidade de carvão produzida por forno durante
um ciclo de produção : 75 m3/fornada; 2,5
fornadas/mês
• Duração de um ciclo completo : 11 dias
•Numero de carbonização de um forno por ano : 30
•Vida útil de um forno: estrutura = 20-25 anos;
paredes = 5-10 anos
•30 pessoas para 60 fornos
(fonte Cirad)
(fonte lpf)
I - Combustão parcial : Fornos metálicos
Forno metálicos artesanais :
• Desenvolvidos na França entre os duas guerras
• fabricação simples e fácil e local
• Móvel = detenção pequena = 5 ate 12 m3
• Ciclo mais curto que outras tecnologias
• Condução fácil
•. Rendimento : 20 – 28 % bs
• Duas tiragem possíveis
•Madeira de diâmetro < 30 cm
• Vida útil depende do aço usado
Forno metálicos artesanais : Magnein
• Tiragem invertido
• vol : 4 – 12 m3
• duração: 10-15h,
20-24h
• Resfriamento;;
12-24h
•Rend. : 27% bs
Forno de typo Magnein (fonte Cirad)
Forno metálicos artesanais : Bataillon
Dobro parede com
água:
• min. Deformação
Reserva
de água
•Recuperação das
calorias
•Resfriamento mais
rápido:12-14h
Dubla
parede
• diminuição das
perdas térmicas
por radiação
•Carb.:22-24h
•Rend. : 27% bs
descarregamento
Forno de typo Bataillon (fonte Cirad)
Forno metálicos artesanais : typo Bonnechaux
(telescópico)
Forno telescópico circular (fonte Cirad)
Forno metálicos artesanais : typo Bonnechaux
(telescópico)
Forno Biplex 85 (fonte Cirad)
Fornos metálicos semi-industriais:
• Capacidade de produção : 2000t ate 5000t/ano
• Descarregamento facilidade
• Recuperação e incineração das fumas
• Utilização da calor para outra atividades
• Alcatrão para a química
• Vida útil : 20 anos até mais
• Possibilidade de apoio com informática
Fornos metálicos industriais:
Caracteristicas tecnicas da Bricarbras
• Unidade de carbonização
` 8 fornos (Cabines metálicas)
` 24 Cilindros metálicos - 11 m3 st de lenha
` Tempo de carbonização 9 horas
` Rendimento gravimétrico 36 à 40%
• Queimador de fumaça
` Elimina os poluentes da fumaça
• Secador de madeira
` Usa calor do queimador e pulsos de microondas
` Tempo de secagem 30 a 48 horas
Fornos metálicos industriais:
Fluxo da carbonização
Lenha Seca
Saída do Cilindro do
Forno
Enchimento do
Cilindro
Carbonização
Descarga do Carvão
Resfriamento
Fechamento do
Cilindro
Entrada do
Cilindro no
Forno
Fluxo da queima dos gases
QUEIMA DA POLUIÇÃO
Vista lateral
Vista interna
1.000 a 1.200 ºc
Incinerador de fumaça
Vista da chaminé
Dados gerais da Bricarbras:
•
•
•
•
•
•
% de Tiços: 2 – 6%
Rendimentos Volumétricos L/C: 1,6/1
Rendimentos gravimétricos: 36 – 40% (BS)
Economia de 20% de madeira
Tempo de carbonização: 9 – 10 horas
Menor geração de finos
Forno metálicos semi-industriais: Innov-energie
(Fonte : Cirad)
Conjunto :
fornos e depolução
Características
• 12 fornos em bateria
• Capacidade 2400 t/ano
• humildade da madeira: 15 50%
• Ciclo da carbonização : 4
em 24 h
• rendimento: 20-25 %
(Fonte : Innov-energie)
Forno metálicos semi-industriais
(Fonte : Cirad)
carregamento
Ignição
Forno metálicos semi-industriais
(Fonte : Cirad)
carregamento
Núcleo do incinerador
Incineração das fumas
P e D com Cirad(França) : assistência informática
Curva do modele :
Mobilização
perda da massa
Panela de
controle
(Fonte : Cirad)
II – Aquecimento externo
- Processo recente
- Processos industriais
- Tecnologia cara
- Produção ate 6000t/ano
Sistemas holandes
II – Aquecimento externo :VMR
•
•
•
O VMR processo é constituído
de duas retortas (R1 & R2) e
uma câmara central para a
combustão
O primeiro cilindro é carregado
com madeira antes de se colocar
na retorta R1. cada cilindro tem
aproximativamente 4,5M3.
O R1 é aquecido com
combustível, seja gás ou diesel.
Depois que a Pirólise é iniciada,
os gases são coletados e
queimados na câmara para
produzir calor para o segundo
cilíndro.
A injeção de gás ou diesel, é suspensa.
Ao final, R1 é tirado para fora para resfriamento e um outro
cilindro com madeira nova é reinstalado.
VMR e um processo alternativo
O tempo total da carbonização: 8-12 horas
Armazenamento da
madeira com
secagem ao ar livre
Corte e limpeza da
madeira antes da
secagem artificial
II – Aquecimento externo
Empresa Carbofrance (Holanda): Tipo “cornue” VMR
Produção : 2000t/ano
(Fonte : Cirad)
II – Aquecimento externo : VMR
(Fonte : Cirad)
Conector da
fumas da
Pirólise
(Fonte : Cirad)
Abertura
Zona de resfriamento
Enchimento dos
tanques
Frente : resfriamento
Fundo :Módulos de
produção
(Fonte : Cirad)
II – Aquecimento externo :Ets Rousseau
Vista geral da usina e das zonas
de armazenagem da madeira
Descarregamento do tanque
retorta em
carbonização
Fornos
Implementação do tanque no forno
Retortas antes a
carbonização
secagem
carregamento do tanque
Transporte ate a zona
de secagem
Manutenção e secagem da madeira
III – Contato de gás quente
• Processos industriais
• Processo geralmente automatizada
• Tecnologia cara
• Carbonização continua
• Produção ate 2500-20000t/ano
- Forno Elevatório (França)
- Lambiotte CSIR(Bélgica) e SIFIC(França)
Forno metálico elevatório
•
•
•
•
•
2 fornos
8 tanques com volume
aproximado de 7 m3
1 incinerador
Matéria primas : madeira
contaminada
Produção : > 2500 t/ano
(Fonte : Carbonex, Cirad)
Gás de Pirólise
Tampa
Madeira
Madeira
Suporte
(Fonte : Cirad)
Caldeira
Madeira
Tanque 7M3
Esquema de tecnologia Sidenergie
Madeira
Caldeira central
Forno em carbonização
(Fonte : Cirad)
descarregamento
(Fonte : Cirad)
Resfriamento
(Fonte : Cirad)
Vista global da carvoaria com incinerador
(Fonte : Cirad)
Forno DPC
Os gases gerados pela
madeira durante a
pirolise são quemados
em uma camera de
combustão (4).
Os gases quentes são
conduzidos na zona de
secagem (D)
O reator (C) que
estave em
resfriamento e
descarregado antes de
receber nova carga.
(Fonte : dpc)
(Fonte : Cirad)
Forno tipo Lambiotte :carbonização continua
Madeira
•
Automatiz
ada
• Injeção
dos gases
depois da
incineraçã
o
• Secagem
da
madeira
• 5000 até
20
000t/ano
•
Valorizaçã
o dos
A madeira está seca até 150
– 170 ºC por os gases de
Pirólise
A temperatura está
progressivamente a 600ºC
por os gases quente da
Pirólise.
Produção de gás quente para
energia o química
Resfriamento com gás frio o
circulação de água
Carvão
(Fonte : Lambiotte)
Forno tipo Lambiotte :
carbonização continua
O processo foi desenvolvido por várias
empresas :Lambiotte, Lurgi, etc..
A Lambiotte retorta (SIFIC):
• Retorta vertical com abastecimento por
cima (1) e descarregamento por baixo (2)
• Madeira transportada encima entra numa
zona de pré alimentação.
• A madeira passa por três zonas : secagem
(2), carbonização (4) e resfriamento (5). A
zona (3) e a zona de destilação dos gases.
• O processo tem dois circuitos: o
aquecimento para a secagem e a
carbonização (8) e o resfriamento (9).
(Fonte :FAO)
Essa tecnologia permite a coleta dos gases
condensáveis para valorização:
• Os gases da pirólise são coletados em cima
da retorta (7), a parte condensável é coletada
(9) usando armadilha e scrubbers, quando os
gases não condensáveis (9) são queimados na
câmara de combustão
• Uma parte dos gases é condicionada e reinjetada no meio da retorta para a secagem e a
carbonização (8).
• A outra parte é resfriada e injetada por baixo
(9) da retorta para resfriar o carvão antes
descarregamento (6).
(Fonte : Cirad)
Pirólise rapida
IV - Pirólise rapida
Condições operatórias
- Leito fluidizado
- Temperatura 500°C
- Velocidade de aquecimento rápida (>500°C/s)
- Tempos de permanência curtos (< 1 s)
- Matéria-prima de granulometria < 1mm
Os aplicações potenciais
- Térmica
- Carburante (perspectivas fracas)
- Eletricidade (motor cogeração)
IV – Pirólise Flash
Processos a leito fluidisado ; mais usado
Biomassa
Biomasse
Oleais
Huiles
Carvão
Charbon
Água de
Eaux
de lavage
lavamento
Gaz
dedepyrolyse
Gás
Pirólise
Quemador
Brûleur
Biomasse
Biomassa
Cyclone de
Ciclone:re
récupération
du charbon
cuperação
do carvão
Réacteur
Reator
de
de
Pirólise
pyrolyse
Condensation
Condensa
des huiles de
pyrolyse
ção
dos
oleos de
Pirólise
Stockage
Estocagem
Wellman, 250 kg/h
• Conceito conhecido na combustão
• Excelente transferência por agitação da mistura
• Industrialização facilitada
Os reactores de cones rotativos
Aranha
Sable &
echarbon
carvão
Gásde
de
Gaz
Pyrolyse
Pirólise
Biomassa
Biomasse
Aranha
Sable chaut
quente
Eixo
Axe
Unidade de BTG (NL):200kg/h
• Não dilução dos gases de pirolise = diminução
dos coustos de tratamento
• Bom transferencia termica com saida rapida
dos gases
• Dificuldade para aumentar o tamanho
(homogenidade da mistura)
• Problema de abrasão com areia
Os reactores de ‘cones ablatifs’
Wood chips
Pressure
Motion
Variable angle
rotating
blades
Wood
Heaters
Vapours and char to
cyclone and product collection
• Não moida fina
• Evacuaçaõ ra´pida dos gases/tempo de residencia courto
• Limita na potencia termica delivrada e absorbada
Reatores a vácuo
- Velocidade mais
lento que outros
processamentos
- Pressão baixa
(20kpa) = menos
reação (craking)
- Tempo das
vapores baixa =
flash
- Capacidade :
3.5t/h
Pyrovac (Can), Fonte GBE
IV – Pirólise Flash : instalações pilotos
Dynamotive, 450 kg/h
Wellman, 250 kg/h
IV – Pirólise Flash : instalações pilotos
650 kg/h ENEL
Características dos óleos
Propriétés
Taux d’humidité %
Huiles de pyrolyse
15-30
Fuel lourd
10
PH :
2.5
-
Masse volumiqueà 15°C : kg/l
1.20
1.03
56.4
6.2
37.3
0.1
0.1
16-19
40-100
0.5
87.9
10.5
0.2
0.4
1
0.02
42.66
1500
-
Analyse élémentaire après séchage C :%
H :%
O :%
N :%
S:%
Cendres : %
PCI (dépend du taux d’humidité) : MJ/kg
Viscosité (à 40ºC et 25% d’eau) : cs
Solides (charbon) : %
Limitações:
Variabilidade = f(processo, M-P)
Líquido muito complexo
Custo
P&D :
Contrôle processo de conversão
Caracterisações dos óleos

Carbonização

Transcrição

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